基于工業以太網和VPN的瓦斯遠程監控系統研究

中國礦業大學

河南神火集團有限公司鄭剛

基于工業以太網和VPN的瓦斯遠程監控系統研究

中國礦業大學

河南神火集團有限公司鄭剛

一、瓦斯遠程監控系統

隨著計算機技術、通信技術和微電子技術的不斷發展，科技工作者在煤礦瓦斯災害的治理上進行了大量和細致的工作，越來越多的研究成果被廣泛應用到煤礦現場，對預防煤礦瓦斯事故的發生起到了十分重要的作用。河南神火集團有限公司為了加強對下轄各礦的安全生產管理，建立了監測聯網系統，將各礦的監測數據和調度業務集成在公司調度室，組建了監控子網，實現了煤礦數字化瓦斯遠程監控，使公司各個部門及領導可以在網上瀏覽各自所需的信息，做到了對各礦的安全生產狀況進行綜合性動態分析，形成了領導決策機制，并實現了資源的有機共享。

二、數字化瓦斯遠程監控網絡系統的總體結構設計

數字化瓦斯遠程監控網絡系統的研究，綜合考慮了監控網絡的開放性和可靠性。實現了實時測控、數據共享遠程監控、遠程維護、系統的可裁減性及兼容性，全面提升了瓦斯監控系統的監控監管能力和煤礦安全保障能力。

1.監控聯網系統的網絡結構設計。本系統網絡制備系統軟件選擇了Microsoft公司的Windows2003Server作為操作系統。數據庫系統軟件采用Microsoft公司的SQLServer2000。系統的開發平臺選用Microsoft公司VisualStudio.NET。系統采用B/S模式設計的3層網絡體系結構，即瀏覽器和應用邏輯服務器、數據庫服務器。系統體系結構如圖1所示。

2.工業以太網構建。主干網絡千兆以太網星型結構，各礦采用10M/100M快速以太網接入，核心交換機采用具有3層交換功能的交換機，以提高整個網絡的性能，在必要時可將各部門劃分為各個虛擬子網，以提高網絡的安全性及運行速度，各二級礦采用光纜作為主干傳輸介質進行數據傳輸。

（1）設備層。將底層設備直接連接到煤礦井下的瓦斯監測分站服務器上，采用智能化的接口設備。優點是成本較低，方便安裝，并可實現快速故障診斷。

（2）信息層。在網絡拓撲結構上采用快速以太網交換結構，它既具有快速以太網提供的高速度，又具有交換技術帶來的獨占帶寬和避免碰撞的特點。

（3）控制層。控制層將I/O網絡功能和對等信息傳輸網絡結合起來，實現了報文傳送，保證信息的實時性和確定性。采用工業以太網交換設備和光纜構成1個貫通井下井上信息的高速通道，帶寬為1000M，可同時接入不同協議的數據、圖像及語音信息。工業以太環網網絡結構拓撲如圖2所示。

3.企業遠程VPN和移動VPN設計。針對庫存網的網絡現狀、弱電布線及信息點布局，系統采用扁平化、模塊化、結構化的設計及改造思路，更新集團永城總部的核心層及匯聚層設備。全網采用彈性智能架構IRF2進行整體規劃和部署。所設計的神火集團永城本部網絡拓撲如圖3所示。

圖3 設計的網絡拓撲結構

三、系統實現的主要功能

公司各生產礦井通過千兆光纖網和VPN企業遠程接入網把各礦在井下生產、安全及管理方面的實時監控數據上傳到公司信息中心，形成了統一格式的公司級數據庫和各礦井安全生產狀況查詢系統，最終達到保證礦井安全生產和公司范圍內的煤礦遠程數字化瓦斯監控的目的，實現了對公司各礦的生產運行狀況、安全水平進行預測和預報。使公司領導可以在網上瀏覽安全生產動態信息，及時掌握安全生產情況并形成科學合理的決策，提高生產和管理效率，增強了企業的市場競爭力。

1.實時動態圖形顯示和查詢統計。系統實現了各礦的安全生產監測。系統顯示的各類實時動態圖形可轉換為HTML或XML，供客戶瀏覽。其界面美觀大方、整體風格一致，并具有文字、圖形、動畫等功能。實現了各礦安全生產日報、安全動態班報、安全監測動態、設備安全運行動態等數據的查詢、統計功能。實時動態圖形顯示功能如圖4所示。

圖4 實時動態圖形顯示功能

2.歷史曲線顯示和報警。可在工作站上通過IE瀏覽器瀏覽系統實時模擬畫面，實時監測信息報表、跟蹤曲線和歷史曲線等信息。可以在1個坐標內顯示多個測點的歷史曲線，可以放大曲線和打印曲線。鼠標跟蹤顯示曲線上每1點的數值和時間，可以用表格方式顯示曲線的相應監測數據記錄，可顯示最大、最小和平均值曲線。系統為用戶提供公司監測系統可視化報警功能。

3.其他主要功能。本系統具有報表打印功能，可以按測點、時間（段）、礦、班次、報警、異常等各種方式查詢各種數據，并能打印出來。具有調度業務事件記錄功能和調度業務曲線、柱狀圖繪制功能。將實時狀態與分析和解算相配合，可為礦井的正常生產和防災救災調度提供決策依據。

綜上，通過工業以太網和VPN企業遠程接入網，可以把各礦在井下生產、安全及管理方面重要的實時監測監控系統數據上傳到公司信息中心，形成統一格式的公司級數據庫和各礦井安全生產狀況查詢系統，并最終達到保證礦井安全生產和公司范圍內煤礦遠程數字化瓦斯監控的目的。數字化瓦斯遠程監控網絡系統適應于各種規模的煤礦安全生產的應用，為煤礦自身安全監理部門提供實時狀態信息。數字化瓦斯遠程監控網絡系統的研究與推廣，將會為提高我國煤礦安全生產的管理水平作出巨大的貢獻。